Egy mindennapi élelmiszer-alapanyag, a búza Barát vagy ellenség? Bugyi Zsuzsanna Török Kitti Hajas Lívia Tömösközi Sándor Összefoglalás A gabonák szerepe történelmi távlatokban és napjainkban is kiemelkedı, mezıgazdasági, élelmezésügyi és nemzetgazdasági szempontból egyaránt. A számos termesztett gabonaféle közül kiemelt szerep és figyelem jut a búzának, mely rendkívül sok élelmiszeripari termék alapanyagául szolgál. A búza Magyarországon a második legnagyobb mennyiségben termesztett gabona élelmiszerként történı felhasználásának jelentıs voltát pedig jól jelzi, hogy az egy fıre esı lisztfogyasztás éves szinten 80-90 kg között mozog. 1. ábra: A hazai leggyakoribb gabonafélék termesztése 2010-ben (betakarított összes termés, millió tonna) (Forrás: KSH, saját szerkesztés) A búzára és egyéb gabonafélékre jelentıségüknél fogva számos kutatási terület épül, melyek közül a legjelentısebbek a következık: Nemesítés Beltartalmi vizsgálatok Az összetevık (fehérje, keményítı, stb.) részletes jellemzése és funkcióik megértése Állomány, állag, reológiai és érzékszervi vizsgálatok Funkcionális komponensek azonosítása Hagyományos termékek és új, funkcionális élelmiszerek fejlesztése A fentiek mellett egy viszonylag új szempontrendszer is jelentkezik. 2. ábra: Éves hazai lisztfogyasztás (búza- és rozsliszt, búzadara, kg/fı) (Forrás: KSH, saját szerkesztés) A Codex Alimentarius besorolása alapján a búza (és egyéb gluténtartalmú gabonák) egyike azon 8 élelmiszer-alapanyagnak, melyek az allergiás reakciók 90%-ának kiváltásáért felelısek. Ezen alapanyagok (kiegészítve 6 másik élelmiszer-összetevıvel) jelenlétének feltőntetése kötelezı az élelmiszerek csomagolásán (2003/89/EC, 2006/142/EC, 40/2008 FVM SZMM együttes rendelet):
1. Glutént tartalmazó gabonák (búza, rozs, árpa, zab, tönköly, kamut-búza vagy ezek hibrid változatai) és azokból készült termékek 2. Rákfélék és azokból készült termékek 3. Tojás és abból készült termékek 4. Halak és azokból készült termékek 5. Földimogyoró és abból készült termékek 6. Szójabab és abból készült termékek 7. Tej és abból készült termékek 8. Diófélék és azokból készült termékek 9. Zeller és abból készült termékek 10. Mustár és abból készült termékek 11. Szezámmag és abból készült termékek 12. Kén-dioxid 13. Csillagfürt és abból készült termékek 14. Puhatestőek és abból készült termékek Az allergiás reakciók kiváltásáért a fenti élelmiszer-összetevık egyes fehérjekomponensei felelısek. Ugyanakkor fontos kiemelni, hogy az allergia az élelmiszerek által kiváltott túlérzékenységi reakciók csupán egyik típusa, melynek alapját immunmediált folyamatok képezik. A túlérzékenységi reakciók a következı csoportokba sorolhatók: IgE- és nem IgE-mediált elsıdleges immunreakciók, nem immunológiai alapú élelmiszer-intoleranciák, és másodlagos túlérzékenységi reakciók. Míg ezeket a reakciókat gyakran kollektíven említik élelmiszerallergia néven, a valódi élelmiszerallergiák ezen reakciók csupán töredékét képviselik (Gendel, 2008). 3. ábra: Az élelmiszerekkel szemben jelentkezı túlérzékenységi reakciók típusai (Taylor, 2001) A továbbiakban a búzához kötıdı túlérzékenységi reakciók közül a két leggyakoribbat, a búzaallergiát és a cöliákiát tárgyaljuk részletesen. A búzaallergia immun-mediált allergiás reakció. Fı tünete gyermekeknél az atópiás dermatitisz (az ekcéma egy típusa), mely társulhat légzı- és emésztırendszeri problémákkal. Felnıttek esetében a betegség leggyakoribb megnyilvánulásai az angioödéma, az irritábilis bélszindróma, a nyelıcsı gyulladása, ritkán fekélyes vastagbél-gyulladás, valamint az anafilaxiás sokk. Elıfordulási gyakoriságát tekintve
felmérések megállapították, hogy az élelmiszerallergiás betegek 20%-a búzaallergiás. A betegség egyetlen kezelési módja a búzát teljes mértékben elhagyó diéta alkalmazása. Emellett az étrendbıl el kell hagyni a rozst és az árpát is, mivel klinikai vizsgálatok keresztreakciót mutattak ki ezen gabonák és a búza között (Hischenhuber, (Király 2006). 4. ábra: A: egészséges bélbolyhok, B: károsodott bélbolyhok (forrás: http://s3-patients.gi.org/files/2011/09/pat_celiac_fig2.gif) A cöliákia (más néven gluténérzékenység (cöliákia sprue) vagy glutén enteropátia) krónikus, gyulladást okozó autoimmun rendellenesség, mely a vékonybél nyálkahártyájának károsodásával jár Ez emésztırendszeri betegségeket, tápanyag-felszívódási zavarokat és még számos más tünetet okozhat. A cöliákia igen összetett rendellenesség, a fentebb említett fı tünetek mellett számos más formában is megnyilvánulhat, pl.: vashiányos vérszegénység, tartós fogzománc-károsodás, epilepszia, agyi elmeszesedés, májkárosodás, csontritkulás, idiopátiás ataxia (a mozgáskoordináció ismeretlen eredető hiánya), meddıség, non-hodgkin limfóma, szívizom-bántalom, IgA-hiány, Down-kór és 1-es típusú diabétesz. A cöliákia a népesség kb. 1%-át érinti. Az elvégzett számos vizsgálat ellenére a cöliákiáról nem áll rendelkezésre pontos gyakoriság-adat. Ennek oka, hogy a cöliákiát más bélrendszeri betegségekhez való hasonlósága miatt gyakran félrediagnosztizálják. Emellett létezik a betegségnek látens formája, mellyel nem fordulnak orvoshoz. Így valószínősíthetı, hogy a valós adat az eddig tapasztaltaknál magasabb lehet. A cöliákia kezelése, hasonlóan a búzaallergiához, a búza, a rozs és az árpa fehérjék teljes körő elhagyásával járó, egész életen át tartó diéta. Klinikai vizsgálatok kimutatták, hogy a cöliákiás betegek nagy része jól tolerálja a zabot, így bizonyos országokban engedélyezik a zab gluténmentes diétába való beillesztését (Størsrud, 2003; Gendel, 2008). Az élelmiszerek által kiváltott túlérzékenységi reakciók kiváltásáért tehát egyes fehérjék felelısek. Nehéz megbecsülni, hogy ezen fehérjék mekkora mennyisége váltja ki a tünetek megjelenését, mivel az adatok nagy egyéni változatosságot mutatnak. Búzaallergia esetén az allergiás reakciót kiváltó fehérjemennyiség 100 mg és 25 g között változik. Cöliákia esetében a még biztonsággal elfogyasztható fehérjemennyiség napi 20-100 mg közé tehetı (Hischenhuber, 2006). Fontos azt is hangsúlyozni, hogy nem minden gabonafehérje vált ki túlérzékenységi reakciókat. A gabonafélék allergiát vagy intoleranciát kiváltó fehérjéi a prolamin fehérje szupercsalád tagjai. A szupercsalád nevét a gabona-prolaminokról kapta, melyek a rizs és a zab kivételével a gabonák fı tartalékfehérjéi és magas prolin- és glutamin-tartalommal jellemezhetık. A szupercsalád tágabb definíciója ma már magában foglal több fontos fehérjecsaládot, pl. a 2S albuminokat, a nem-specifikus lipidtranszfer proteineket, valamint a gabona-magvakban található α-amiláz- és/vagy tripszin-inhibitorokat. Ezek az alacsony molekulatömegő fehérjék mind gazdagok ciszteinben, valamint 3D szerkezetük is hasonló, mely sok α-hélixet tartalmaz (Breitender, 2004; Takács, 2010).
Nem-specifikus lipidtranszfer proteinek Ezen fehérjecsalád tagjai 7-9 kda tömegő monomer-fehérjék, melyekbıl 4 diszulfid-híd segítségével hidrofób csatorna alakul ki. Ezen fehérjék széleskörő szubsztrátkötıspecificitással rendelkeznek. Általában a növényi szervek külsı epidermális rétegében halmozódnak fel. Ellenállóak a proteolízissel, az éles ph-változással, valamint a hıkezeléssel szemben is, hőtésre képesek visszarendezıdni eredeti állapotukba. Közös szerkezeti tulajdonságaik magyarázzák allergén keresztreakciókra való hajlamukat. A gabonák közül pl. az árpa és a kukorica egyes fehérjéi sorolhatók ebbe a csoportba (Palacin, 2007). 5. ábra: Árpából (Breitender, 2004) és kukoricából (Mills, 2003) származó nem-specifikus lipidtranszfer protein szerkezete α-amiláz és proteáz inhibitorok A növényi szövetekkel táplálkozó kártevık világszerte komoly károkat okoznak a gabonatermésben. A növényekben kifejlıdött bizonyos fokú ellenállás, mely védekezı fehérjék, például α- amilázok termelıdésében nyilvánul meg. Ezek a fehérjék, melyek rendelkezhetnek proteináz aktivitással is, zavarják a növényi keményítı és fehérjék emésztését azáltal, hogy gátolják a kártevık emésztıenzimeit. Ilyen fehérjék termelésére képes pl. a búza az árpa, a rozs, a rizs és a kukorica. A fehérjék alegységei 120-160 aminosavból épülnek fel, 4 diszulfidkötést tartalmaznak és monomer, dimer vagy tetramer formájában fordulnak elı. A fehérjecsalád allergén tagjai képesek túlérzékenységi reakciót kiváltani az arra hajlamos egyénekben emésztés vagy belégzés útján (Breitender, 2004). 6. ábra: Búzából származó α-amiláz inhibitor szerkezete (Breitender, 2004) Prolaminok A prolaminok a gabonák fı tartalék-fehérjéi (búza: gluteninek és gliadinok rozs: szekalinok, árpa: hordeinek). A kénben gazdag prolaminok két domainbıl épülnek fel: egy N-terminális domainbıl, mely prolinban és
glutaminban dús ismétlıdı szekvenciákat tartalmaz, valamint egy ismétlıdéseket nem tartalmazó C-terminális domainbıl. Utóbbi cisztein-tartalmának köszönhetıen intramolekuláris diszulfid hidak kialakítására képes, valamint feltételezhetıen sok α-hélixet tartalmaz. Az LMW gluteninek, valamint az α- és γ-gliadinok N- és C-terminális domainjei hasonlóak. Ezzel szemben az ω-gliadinok csaknem teljesen ismétlıdı szekvenciákból épülnek fel és alacsony kéntartalmú aminosav-tartalommal, valamint a cisztein hiányával jellemezhetık. A legmagasabb allergén reaktivitást az LMW gliadinok esetében tapasztalták, ezeket pedig az α- és γ-gliadinok követik. Az ω5-gliadin fontos allergén komponensnek bizonyult gyermekek esetében. Emellett ez a fehérje keresztreaktivitást mutat különbözı szekalinokkal és hordeinekkel (Tatham, 2008). 7. ábra: Egy gliadin molekula 3D szerkezete (forrás: http://4.bp.blogspot.com/_rrojmj3cglg/r- Ez6tcm5eI/AAAAAAAAAKQ/2TGxoSgMhSA/s400/Gliadin-Protein-3D.jpg) Búzaallergénként azonosítottak α-amiláz inhibitor családba tartozó fehérjéket, a QQQPP aminosav-szekvenciával rendelkezı LMW glutenin alegységet, α- és β-gliadinokat, lipidtranszfer fehérjéket valamint az albumin/globulin frakció fehérjéit. A vizsgálatok szerint a búzafehérje-specifikus IgE antitest 26, 38 és 69 kda mérető fehérjéket ismer fel. Eltérı antigén profil mutatható ki a búzaallergiások körében életkor és tünetek alapján. A gyermekeknél azonosított fıbb allergének az α-, β-, γ-gliadinok és az albuminok/globulinok. Felnıtteknél az ω5-gliadin a fı, az α-gliadinok a minor allergének. Felnıttek anafilaxiás reakcióinál a B típusú LMW glutenin alegység jelenléte jellemzı. Gyermekek búza indukálta anafilaxiája esetében az ω-gliadin a fı allergén. Emellett keresztreaktivitást figyeltek meg az ω5-gliadin-specifikus IgE antitest és a rozs γ-70 és γ-35 szekalin, valamint az árpa γ-3 hordein fehérjéi között. A cöliákia kiváltásáért legnagyobbrészt a búza gluténtartalma felelıs, melynek mind gliadin, mind glutenin frakciói tartalmaznak betegséget aktiváló peptideket. Számos, az immunreakciót stimulálni képes gliadin epitópot azonosítottak. Kezeletlen cöliákiás betegek esetében olyan T-limfocitákat mutattak ki, melyek egy 33 aminosavból álló α-gliadinból származó peptidet ismernek fel, melyben három átfedı aminosav-szekvenciát azonosítottak: PPPQPQLPY, PQPQLPYPQ, PYPQPQLPY. A cöliákia kiváltására egyes gluteninbıl származó peptidek is képesek (Hischenhuber, 2006; Briani, 2008; Niewinski, 2008; Vereckei, 2011). Mint azt korábban ismertettük, a búzaallergia és a cöliákia esetében egyaránt az egyetlen kezelési mód az egész életen át tartó gluténmentes diéta. Ez jelentıs felelısséggel jár mind a fogyasztók, mind az élelmiszergyártók, mind a hatóságok részérıl. A glutén esetében rendelkezésre állnak olyan törvényben rögzített határértékek, melyek alapján egyes élelmiszerek gluténmentesnek (gluténtartalma kisebb, mint 20 ppm glutén, illetve 10 ppm gliadin), illetve rendkívül alacsony gluténtartalmúnak (gluténtartalma 20-100 ppm glutén, illetve 10-50 ppm gliadin) jelölhetık a csomagoláson (41/2009/EC, Magyarországon 2012. január 1-jén lépett hatályba). A határértékek betartásához azonban olyan érvényesített analitikai módszertan szükséges, mely megbízhatóan képes a glutén/gliadin mennyiségi meghatározására. Jelenleg rutinmódszerként a specifikus immunreakción alapuló ELISA (Enzyme-Linked Immunsorbent Assay) eljárást alkalmazzák. Az immunanalitikai módszerek
alkalmazhatósága azonban még nem teljes körő, a módszerek fejlesztése és érvényesítése számos nehézségbe ütközik (Seilmeier, 2003; Janssen, 2006; Poms, 2006; Bugyi 2012), pl.: Referencia módszerek és referencia anyagok hiánya. A feldolgozási folyamatok befolyással lehetnek a fehérjék tulajdonságaira (pl.: oldhatóság, immunaffinitás), ezáltal az analitikai eredményekre egyaránt. Különbözı módszerek alkalmazásával azonos minták esetén is eltérı eredmények adódhatnak, mely származhat a módszerek különbségeibıl: eltérı célmolekulák, antitestek, kalibráló anyagok, extrakciós eljárások. A vizsgálandó fehérjék genetikai-környezeti variabilitása is befolyással lehet az analitikai eredményekre. Látható, hogy egy megbízható analitikai módszertan kidolgozása nagy jelentıséggel bírna a fogyasztók védelme érdekében, és széleskörő összefogást kíván meg kutatói, élelmiszer- és analitikai módszergyártói, valamint hatósági oldalról egyaránt. Az analitikai módszerfejlesztés mellett természetesen szükség van klinikai, termékfejlesztési, valamint társadalmi-gazdasági hatásokat vizsgáló kutatásokra is, annak érdekében, hogy az alapélelmiszernek számító búza és egyéb gabonák által hordozott élelmiszerbiztonsági kockázatot megfelelıen kezelhessük. Irodalomjegyzék A teljes irodalomjegyzék a szerzıknél, illetve a KÉKI (www.keki.hu) és a MÉTE (www.mete.mtesz.hu) honlapján megtalálható. Breitender, H. & Radauer, C. (2004): A classification of plant food allergens. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 113 (5), 821-830. Briani, C., Samaroo, D. & Alaedini, A. (2008): Celiac disease: From gluten to autoimmunity. Autoimmunity Reviews, (7), 644-650. FDA Threshold Working Group (corr. author: Gendel, S.) (2008): Approaches to establish thresholds for major food allergens and for gluten in food. Journal of Food Protecion, 71 (5), 1043-1088. Hischenhuber, C., Crevel, R., Jarry, B., Mäki, M., Moneret-Vautrin, D.A., Romano, A., Troncone, R. & Ward, R. (2006): Review article: safe amounts of gluten for patients with wheat allergy or coeliac disease. Alimentary Pharmacology&Therapeutics, 23: 559-575. Janssen, F. (2006): Detecting wheat gluten in food. In: Koppelman, S.J. & Hefle, S.L. (Eds.) Detecting Allergens in Foods. Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, pp. 244-273. Király, R., Vecsei, Zs., Deményi, T., Korponay-Szabó, I.R. & Fésüs, L. (2006): Coeliac autoantibodies can enhance transamidating and inhibit GTPase activity of tissue transglutaminase: Dependence on reaction environment and enzyme fitness. Journal of Autoimmunity, 26, 278-287. Takács, K., Szamos, J., Janáky, T., Polgár, M. & Gelencsér, É. (2010): Immune-analytical detection of the cross-reactive major cereal allergens. Food and Agricultural Immunology, 21 (4), 317-334. Tatham, A.S. & Shewry, P.R. (2008): Allergens in wheat and related cereals. Clinical and Experimental Allergy, 38, 1712-1726. Taylor, S.L. & Hefle, S.L. (2001): Food Allergies and Other Food Sensitivities. Food Technology, 55 (9), 68-83. Vereckei, E., Szodoray, P., Poor, Gy. & Kiss, E. (2011): Genetic and immunological process in the pathomechanism of gluten-sensitive enteropathy and associated metabolic bone disorders. Autoimmunity Reviews, 10, 336-340.